BAB 1 PENDAHULUAN 1.1
Latar belakang Perkembangan teknologi alat ukur sudut arah Ψ (heading) berbasis Strapdown
Inertial Navigation menggunakan sensor Ring Laser Gyro (RLG) dan Interferometer Fiber Optic Gyro (IFOG) sangat pesat selama 15 tahun terakhir karena alat ini penting bagi dunia penerbangan. Kebutuhan akan alat ukur sudut arah (heading) tersebut bagi sistem navigasi pesawat udara berukuran kecil dan sedang dirasakan di Indonesia. Demikian pula bagi pengembangan kapal bersayap (Wing In Surface Effect craft - WiSE craft) milik Pusat Teknologi Industri dan Sistem Transportasi (PTIST), Kedeputian Teknologi Industri Rancang Bangun dan Rekayasa (TIRBR), Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT). Sensor yang digunakan selama ini untuk pesawat udara kecil biasanya menggunakan gyro mekanikal konvensional dengan harga cukup mahal dan sulit diperoleh di dalam negeri. Alat ini biasanya diimpor dari luar negeri dan prosedurnya cukup sulit. Atas dasar hal tersebut di atas maka dianggap perlu pengembangan suatu sistem sensor alat ukur kecepatan sudut rotasi (Ω) berbasis optik dengan harga yang lebih murah, mempunyai ketelitian lebih tinggi dan mudah diperoleh di dalam negeri. Sistem sensor RLG dan IFOG mempunyai ketelitian yang lebih tinggi dengan ukuran lebih kecil dan kompak serta lebih ringan jika dibandingkan dengan sistem navigasi berbasis gyro mekanik konvensional [1,2]. Sistem konvensional mempunyai dimensi lebih besar, lebih berat dan tidak kompak. Komponen pada konfigurasi free space gyro seperti cermin lebih mudah diperoleh di pasaran dalam negeri. Prinsip kerja sensor optik RLG dan IFOG berdasarkan setup Interferometer Sagnac pasif di atas platform gerak rotasi konstan. Efek Sagnac merupakan fenomena gelombang elektromagnetik dan efek Doppler di mana terjadi pemisahan dan perbedaan lintasan 2 berkas cahaya monokromatik yang bergerak searah dan berlawanan arah putaran jarum jam pada ring resonator akibat pemisah berkas yang ikut bergerak rotasi di atas platform.
1
Universitas Indonesia
Pengukuran kecepatan..., Sayuti Syamsuar U, FT UI, 2009.
2
Penelitian melalui eksperimen Interferometer Sagnac pasif menggunakan konfigurasi cermin dan sumber laser gas He Ne berdaya 5 mWatt ini mengacu pada beberapa jurnal Internasional sebagai berikut 1. Penelitian tentang penggunaan RLG Aktif untuk menghasilkan kurva lock in dengan beat frequency sebesar 0.2299 Hz oleh Dr. James H. Sharp dalam jurnal Laser Gyroscope [8]. 2. Penelitian tentang penggunaan RLG Aktif berukuran 1.2 m x 1.2 m untuk mengamati vibrasi yang terjadi pada gedung bertingkat tinggi di Rutherford, New Zealand. Frekuensi Sagnac diukur setiap hari dalam rentang 100 Hz sampai dengan 125 Hz oleh Nishanthan Rabeendran berjudul A Study of Ring Laser Gyroscopes dari University of Canterbury, New Zealand [16]. 3. Penelitian tentang karakteristik lock in dari RLG Aktif untuk mengetahui beat frequency versus kecepatan sudut pola interferensi frinji. Alat ini digunakan sebagai sensor navigasi pesawat udara oleh Dr. Frederick Aronowitz di USA tentang Fundamentals of the Ring Laser Gyro [10]. 4. Eksperimen 16 tentang Laser Gyro oleh Prof. Dr. Klaus Dickmann dari Lasezentrum FH Muenster University, Jerman. Penelitian ini mempelajari efek Sagnac dan resonator serta modes yang terjadi pada sumber laser melalui pengukuran beat frequency suatu Ring Laser Gyro’s [3]. 5. Penelitian tentang Mode locked fiber laser gyroscope based on a distributed feedback semiconductor laser amplifier pada Interferometer Sagnac oleh Kyung Hyun Park, Ho Sung Cho, dan Dong Hoon Jang dari Electronics and Telecommunications Research Institute, Taejon, Korea dan Bong Wan Lee and Byoung Yoon Kim dari Department of Physics, Korea Advanced Institute of Science and Technology, Taejon, Korea [17]. 6.
Penelitian tentang Dispersion compensation in atom interferometry by a Sagnac phase, oleh Marion Jacquey, et al, Department of Physics, University of Arizona, USA, 2008 [19]. Pola interferensi frinji yang terjadi di layar terlihat bergerak translasi ke kiri
atau ke kanan membentuk pola gelombang berdiri yang merapat dan merenggang Universitas Indonesia
Pengukuran kecepatan..., Sayuti Syamsuar U, FT UI, 2009.
3 sesuai dengan arah dan besarnya kecepatan sudut rotasi platform (Ω). Hal ini dibuktikan secara teoretikal dan eksperimental.
1.2
Tujuan Penelitian Tujuan penelitian adalah mengukur dan mempelajari kecepatan sudut rotasi
platform (Ω) melalui setup Interferometer Sagnac pasif pada gerak translasi pola interferensi transversal di layar. Pemodelan matematika gelombang monokromatik dengan memasukkan data geometrikal (seperti perioda Λ) dari pola spasial hasil pengukuran untuk mengetahui pola interferensi transversal di layar.
1.3
Batasan Masalah Beberapa batasan masalah dalam Penelitian ini adalah
1. Uraian teori gelombang monokromatik pola interferensi transversal di layar pada setup Interferometer Sagnac gerak rotasi konstan satu derajat kebebasan. 2. Setup Interferometer Sagnac pasif dengan menggunakan media cermin datar, pemisah berkas, sumber laser gas He Ne dengan panjang gelombang (632.8 nm), kolimator dan layar. 3. Analisis data menggunakan algoritma Fast Fourier Transform (FFT) secara Finite Impulse Response (FIR) untuk menghitung Power Spectral Density (PSD) dan beda fasa absolut (φ) versus frekuensi fundamental (f). 4. Pengukuran beat frequency dan kurva lock in melalui tampilan histogram.
1.4
Metodologi Penelitian Metodologi Penelitian dalam eksperimen Interferometer Sagnac pasif dengan
gerak rotasi konstan pada satu derajat kebebasan adalah 1. Setup Interferometer Sagnac pasif konfigurasi cermin dan setup pola interferensi transversal frinji di layar. 2. Pengukuran kecepatan sudut pola interferensi frinji (ΩL) pada berbagai kecepatan sudut rotasi platform (Ω).
Universitas Indonesia
Pengukuran kecepatan..., Sayuti Syamsuar U, FT UI, 2009.
4
3. Analisis data menggunakan algoritma FFT secara FIR terhadap data image pola frinji. Tampilan histogram terhadap data video pola interferensi frinji. 4. Analisis data melalui pemodelan teori gelombang monokromatik terhadap pola spasial frinji menggunakan data pengukuran perioda (Λ) frinji.
1.5
Sistematika Penulisan Penulisan tesis ini dibahas dan disusun secara sistematis menurut urutan
sebagai berikut BAB 1 PENDAHULUAN Berisi latar belakang penulisan, tujuan penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan. Pengembangan hardware dari sistem sensor dan analisis data menjadi perhatian dalam tesis ini. BAB 2 TEORI GELOMBANG, INTERFERENSI DAN INTERFEROMETER SAGNAC Bab 2 menjelaskan teori gelombang dan proses terjadinya pola interferensi frinji di layar pada sistem Interferometer Sagnac pasif konfigurasi free space gyro. Penurunan persamaan matematika akibat gerak propagasi gelombang cahaya monokromatik konfigurasi free space gyro yang terjadi akibat gerak propagasi 2 gelombang berbeda lintasan dan berlawanan arah menghasilkan interferensi transversal di layar. Teori Aronowitz tentang kedudukan setup di atas platform gerak rotasi yang boleh berada di mana saja sehingga sumbu Sagnac tidak harus selalu berimpit dengan sumbu platform [10]. Teori tentang beat frequency, kecepatan grup, interferensi dan pola spasial 2 D dan 3 D. Pemodelan matematika teori gelombang harmonik monokromatik saat terjadinya interferensi transversal yang bergerak translasi di layar. Perumusan PSD, beda fasa absolut (φ) dan kurva lock in. BAB 3 RANCANG BANGUN EKSPERIMEN SISTEM INTERFEROMETER SAGNAC Pada Bab 3 terdapat flow chart tentang metoda pengukuran dan analisis data setup eksperimen sistem Interferometer Sagnac pasif berada di atas platform gerak rotasi. Kecepatan sudut rotasi platform dalam eksperimen dibuat searah putaran jarum Universitas Indonesia
Pengukuran kecepatan..., Sayuti Syamsuar U, FT UI, 2009.
5
jam dengan gerak satu derajat kebebasan. Perekaman data pola interferensi frinji di layar menggunakan sensor web camera pada jarak 10 cm dari layar. Web cam dihubungkan melalui kabel USB ke video recording yang ada di komputer. Pengukuran kecepatan sudut rotasi platform (Ω) menggunakan tachometer dengan sensor infra merah. Setup Interferometer Sagnac pasif lain seperti pengembangan sistem transmisi data O Ring dan Interferometer Sagnac pasif menggunakan prisma pengganti cermin diuraikan pada Bab 3. Sistem transmisi data menggunakan wireless perlu dikembangkan dikemudian hari. BAB 4
ANALISIS DATA POLA INTERFERENSI FRINJI PADA SISTEM INTERFEROMETER SAGNAC Bab 4 berisi analisis data pola interferensi frinji secara geometrikal pada pola
spasial menggunakan model matematika teori gelombang harmonik monokromatik. Data analisis algoritma FFT secara FIR terhadap data image dan video pola interferensi transversal di layar. Beat frequency diperoleh dari pengukuran gerak translasi pola frinji rekaman video per sekuensial menggunakan tampilan histogram. Plot data beda fasa absolut (φ) versus waktu (t) secara manual untuk melihat adanya interferensi akibat perbedaan lintasan berkas cahaya monokromatik. Plot data kurva lock in adalah untuk mengetahui karakteristik Interferometer Sagnac pasif. BAB 5
KESIMPULAN Pemodelan matematika interferensi transversal gerak translasi pola spasial
frinji di layar saat platform bergerak rotasi dianalisa secara teoretikal dan eksperimental. Analisis data image dan video menggunakan algoritma FFT dan tampilan histogram terhadap pola interferensi frinji di layar menghasilkan beat frequency. Kecepatan sudut pola frinji kondisi lock in yang diperoleh masih berada di bawah hasil terbaik eksperimen luar negeri [3].
DAFTAR ACUAN DAFTAR PUSTAKA DAFTAR LAMPIRAN
Universitas Indonesia
Pengukuran kecepatan..., Sayuti Syamsuar U, FT UI, 2009.
